英语原文共 14 页
工业排料溜槽多相流的数值模拟
温德尔·德·奎罗斯喇嘛a, 粒入球费尔南德斯Bargos, 乔治bull;Eugenio Oscare Giacaglia b, 旧金山何塞·格朗b,莱安德罗·德·莫拉b
a圣保罗大学洛雷纳工程学院基础与环境科学学院，巴西，sp12602 -810
b巴西陶贝特大学机械工程系机械工程研究生课程，SP 12060-440
摘要:
计算流体动力学模拟已被应用于许多工程应用，以改善机器和过程。在本研究中，CFD被用来分析在二氧化硅(SiO2)和水(H2O)化合物的干燥过程中，排出槽几何形状的改变对性能的影响。采用多相流模拟的方法研究了卸料槽内气固两相流，确定了卸料槽内的压力、速度和温度。改进后的几何形状的结果表明，流速和压力的降低可以增加化合物的流速，减少材料的沉降。本文提出的对排料溜槽进行简单的几何改造，可以减少维护，提高生产效率。
关键词:槽设计；计算流体动力学排泄槽；几何优化；多相流模拟
1 绪论
在竞争激烈的市场中，必须充分利用虚拟样机的优势。CFD仿真是缩短开发周期的重要工具，为制造业提供了优势。CFD分析已成功应用于不同的工程领域，用于研究多相流等多种复杂过程。
多相流模型分为拉格朗日模型和欧拉模型。拉格朗日模型将粒子表示为离散相，并根据牛顿第二定律跟踪每个粒子的路径。然而，跟踪单个粒子的轨迹需要大量的计算成本。
为了降低计算成本，提出了一些统计平均方法。在欧拉多相流模型中，将颗粒相视为连续体，并以流体相同样的方式建立了基于控制体积的守恒方程。推导出各相的动量、能量、湍流能量、质量浓度等相关的均变场方程[3,4]。
本文采用多相流模拟的方法，对某排料溜槽中的矿物颗粒进行了数值模拟。排放槽集成了工业运输线路，旨在最大限度地减少材料的降解和流畅流动，避免堆积、沉淀或堵塞[5]。
出口溜槽的流量、内压等运行变量是影响加工能力的重要变量。设计不良的溜槽可能会导致材料堆积，造成失效和过早磨损，特别是在长时间处理大量材料的情况下，例如在采矿作业、旋转干燥机和其他笨重和连续的过程中。
命名法：
基于自适应网络的模糊推理系统ASM代数应力模型AUSMDV平流上游分裂方法与通量不同ence和通量矢量分裂CFD计算流体力学CPM一致性粒子法DEM离散元DE拟FVM有限体积法LES大涡模拟MAC标记单元相位间交换的MFIX多相RANSReynolds average Navier-StokesRNG再正常化组RSM雷诺应力模型雷诺应力传输模型辛普莱克半隐式方法的压力联系方程-一致的SPH平滑粒子流体动SSGSpezialeSarkar-Gatski基于颗粒动力学理论的TFM-KTGF双流体模型流UQ不确定度流体体积的量化
变量
相间阻力CD系数ds Sauter平均直径[m]
a相变形张量Da [kg m1 s2] g引力场[ms2]
a相湍流强度
本文对二氧化硅(SiO2)和水(H2O)复合干燥过程中的出料溜槽进行了多相流动模拟。确定了溜槽内的流速、压力、温度等运行参数。提出了一种改进的几何形状，旨在降低溜槽内的流速和压力，增加流速，减少物料沉降。
2 正文
文献中已经有几项研究采用了类似的工作方法，在几何优化方面取得了令人满意的结果，并提出了解决方案[6-14]。
它可以通过这些方法来指出,许多条件,提出了多相流动过程的改进包括气态定性为固态,首先需要正确的建模,仿真和识别当前的工艺条件和几何设备,随后可以被改进的建议和分析条件比较结果。
其他研究也得到了发展，这些研究与本工作相关的一些主题相关:排放槽流、多相流方法的研究，以及CFD在拖曳设备上的应用。下面列出了其中一些作品。这些作品也展示了与这些主题相关的主题的演变。
2.1出料槽的流动特性和几何形状设计
采用[15]法对溜槽临界角倾角的确定进行了讨论，使材料损失最小化。一个[16]给出了考虑颗粒流厚度变化的近似分析，并基于稳态流动的假设研究了控制快速流动的条件，涉及非线性微分方程的求解。基于微分方程的推导，建立了变流量流体沿通道长度非均匀流动的理论。[18]给出了各种可能的阻碍颗粒材料流动的力，以及用于寻找溜槽剖面以使出口速度最大化或运输时间最小化的分析公式和解决方法。摘要利用单粒子模型和假设阻力，用[19]将重力流槽分解成若干离散段，提出了寻找重力流槽所需形状以达到最小通过时间的问题。
在许多情况下，原物料的出料点对工艺操作是至关重要的，因为它的流量会受到流湿度、密度、颗粒直径和溜槽出料口直径[20]的变化的影响。摘要应用纳维-斯托克斯方程建立了混合速度分布、颗粒分布和部件数量的几何模型，并将雷诺张量和普朗特长度理论引入模型。颗粒固体的特性变化很大，影响了颗粒固体的流量[22]。有固体团聚体，颗粒或粉末，难以处理，光滑，角，热，吸湿，脆性，磨料，爆炸性。在设计充放电传输系统时，必须考虑所有这些特性。根据[20]可知，由于传质能力和设备收率与连续流有直接关系。在a上确定了多个斜槽孔的流量系数
由[23]实现的二维平台，描述了测试平台、孔的几何形状、流量数据的系数以及数据对某些特征的敏感性。
摘要采用[24]方法研究了两种不同工况下质量拖动设备在运行环境下的压降和传热现象。[25]列出了一系列本质上是二维的自由表面流动，根据颗粒通量、溜槽倾角和固定床的几何形状，这些流动呈现出一系列不同的结构特征。针对设备的一项研究中,有关压降和收集效率,即气流的实际能力,促进固体particleswas解决的阻力[26、27],在一定条件下可以受到几个因素的影响,如几何、物理性质的气体和颗粒,在来流流速和固体浓度。
是非奇异边界积分方程推导出在物理平面[28]利用解析函数边值理论和变量的替换,在放电的同步迭代法和流动模式提出了根据放电之间的一致性和均匀的速度远上游。为了观察致密颗粒材料在粗糙溜槽上以稳态状态飞行时的行为，着重于床层向运动的过渡以及内摩擦角所涉及的量，进行了一些实验研究[29,30]。
采用[31]方法对具有强流曝气和湍流特征的阶梯通道下游流动进行了实验研究。摘要采用集总参数模型，考虑了溜槽边界的摩擦阻力，并考虑了颗粒间的摩擦，用[7]描述了工业溜槽的流场。[32]通过使用DEM对工业颗粒流动进行颗粒尺度模拟，探索了目前可能实现的工业过程大规模建模的广度。
采用离散单元法对颗粒过程，特别是磨矿、流化床和溜槽流，进行建模。采用[34]方法研究了梯级溢洪道的曝气效率，特别是不同溢洪道倾角和梯级高度对曝气效率的影响。通过[35]建立的欧拉-拉格朗日模型，利用雷诺应力模型建立湍流模型，研究了名义流量30、40、60度角输入斜率对收集效率的影响。
摘要采用[36]方法，从质量流和漏斗两方面分析了卸料溜槽底部的颗粒物质流动，列出了由于工艺中断而可能造成工业经济损失的因素。[11]探索了经验式和半经验式表达式在排水沟替代方案开发中的建议和应用，分析了该项目的绩效和有效性评价，并基于CFD方法提出了修改意见。以[37]为研究对象，研究了矿用散料的搬运问题，其中溜槽是散料从一个输送机到另一个输送机的关键部件，存在溜槽堵塞问题;衬垫材料磨损大;斜荷载引起的溢流;
输送带在装载点磨损。为了更好地了解工业颗粒流动的动力学，从而改进设备的设计和运行，[38]提出了利用离散元法对工业颗粒流动进行颗粒尺度模拟的方法。
采用[39]系统描述了大范围临界流深、台阶高度、
以及溜槽坡度，其中ANFIS被用来预测梯级溜槽中的流动情况，使用临界流深、台阶高度和溜槽坡度信息。采用离散元法设计了几种溜槽，并对其工作特性进行了研究。采用[41]方法对仪器转轮和台秤料斗两种系统的流动进行了实验研究。通过对料斗和旋转气缸内相同流动参数的模拟，了解了料斗内流动的动力学特性。
摘要采用[42]方法对压水隧洞、涵洞、下水管道、枢纽等水工建筑物中的气水两相流进行了研究。摘要采用变分法求解了库仑摩擦条件下重力流出口溜槽在达到最大出口速度时的流场分布问题。利用[44]软件，将建立的流变模型的预测结果与中试筒仓的应力和流场实验结果进行了比较。采用[45]软件对澳大利亚昆士兰州中部最大的煤炭码头改造工程中采用控制流槽设计进行了研究。
[46]采用超声速度剖面仪、粒子图像测速、高速摄影等与大涡模拟相关的实验技术，研究了气体进入出料溜槽的起始卷吸现象。摘要利用颗粒流动力学理论，建立了颗粒流和气体流的碰撞-碰撞动力学模型，将颗粒流和气体流视为连续体，并对颗粒流的碰撞-碰撞应力进行了评价。[48]采用大型x射线断层成像系统，在矩形筒仓颗粒漏斗流出口过程中，分别对松散和致密两种不同充填层和光滑和粗糙两种不同侧壁粗糙度进行实时三维扫描和间歇三维扫描。
采用[49]软件，利用高速摄像机和超声波传感器，对坡度为1:2的光滑倒槽和阶梯溜槽模型进行了表面粗糙度表征实验。通过[50]可以更好的了解最大分步堆积极限的影响，评价最适合模拟的模型参数，包括颗粒-颗粒恢复系数值和固体滑移条件。[51]采用DEM和SPH方法模拟颗粒和流体的流动，为更好地理解流动过程的动力学提供了机会。
空气滑梯通常用于将干燥的颗粒物质运送到1公里以外的地方。[52,53]对这些设备进行了研究，选择了空气载玻片的实验研究，目的是识别这些流动的特征特征，并试图在数值模拟中建立模型。利用[54]分析了阶梯槽下游冲刷过程中阶梯几何形状对局部冲刷过程动力学的影响。采用[55]软件对不同收缩坡段的斜槽进行了相对耗能试验研究。采用最优控制理论，求解了在速度相关阻力作用下，颗粒材料达到最大出口速度所需要的重力流出口溜槽截面的寻找问题。
摘要采用[57]法，在自曝气发展区测量了不同初始流速、不同深度、不同坡度的高速流进溜槽的空气浓度，分析了水力条件对溜槽底部自曝气过程的影响。在快速重力作用下，不同粒径、密度和粗糙度的颗粒相互作用过程中的分离和迁移效应
摘要采用[58]方法对振动粗糙溜槽上的流动进行了实验研究，提出了一种实验分析方法，以获得速度剖面、孔隙体积分数和沿层深的颗粒分布。[59]演示了非侵入式贝叶斯UQ方法在多相(气固)流中的应用，实验数据是确定最适合UQ方法的研究工作的一部分。
2.2 多相流的方法
均匀多相流动会对反应器、气固分离器等设备的运行产生不利影响。摘要介绍了一种利用双流体颗粒温度模型建立气固两相流化床模型的方法，包括边界条件，特别是弯曲边界的困难，以及一种通过求解隐式方程获得固相内应力的新方法。
结构和逻辑用于设计和构建一个虚拟现实技术,采用多相流场计算先验作为输入字段分成两部分:欧拉三维网格节点和速度连续流体性质和拉格朗日对比轨迹文件分散液是由[61]描述的。[62]提出了一种基于Navier-Stokes运动方程的多相流(即流体混合物的流动)仿真动画方法。并利用MAC网格求解离散计算域上的方程，采用修正流体体积表示的方法，将其集成到多相流体方法中。
[63]对多相流进行了清晰的分类分析，提出了求解多相流模型的方法:界面跟踪;粒子追踪;和多流体(或连续介质法)。利用AUSMDV方案求解可压缩液-气两流体模型[64,65]。为了增强其鲁棒性，提出了一种基于压力速度的扩散项[66]。此外，本文还采用了[67]中用于空间解体的分层流模型。
[68]研究了阶梯式溜槽的能量耗散对曝气效率的影响，结果表明曝气效率随能量损失率的增加而增加。采用[69]的方法研究了几种用于确定粒状锥形桩缓慢、快速无约束流动离散元法参数的标定技术。文献[70]简要介绍了离散元法在中转站故障排除和优化中的应用，并对离散元法的优缺点进行了阐述。此外，还讨论了一些用于“调整”离散单元法材料模型的关键校准技术，该模型使用大量的台基试验来产生具有代表
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